摘要：研究了快速監(jiān)測硫化氫氣體的新方法--硫化氫被動式檢氣管方法。該法是基于氣體分子擴散（Fick）定律和化學(xué)吸收原理，將檢氣管內(nèi)的海棉載體涂漬上對硫化氫有特效的顯色劑（緩沖液G和醋酸鉛）。測定時，硫化氫通過檢氣管端口擴散進入管內(nèi)，在經(jīng)過載體時，與載體上的顯色劑發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生明顯的顏色變化（淺黃色變成棕黑色）。檢氣管顯色長度的平方與硫化氫質(zhì)量濃度及采樣時間的乘積在50~1500mg·m-3范圍內(nèi)成線性關(guān)系，從而快速監(jiān)測環(huán)境中硫化氫的時間加權(quán)平均質(zhì)量濃度。該檢氣管集采樣與分析為一體，可快速測定硫化氫氣體的質(zhì)量濃度。與傳統(tǒng)的采樣分析方法比較，該檢氣管結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不受被測環(huán)境的空間大小、有無電源等影響；攜帶方便，利于外出測定和大面積布點測定。經(jīng)過應(yīng)用實驗表明，該檢氣管具有較高的靈敏度，達到設(shè)計要求。
硫化氫氣體是一種對人體健康十分有害的空氣污染物。井噴事故給人們留下了難以磨滅的傷痛！空氣中的H2S主要來源于工業(yè)如煉鋼、煉焦、煉鐵、煉油中產(chǎn)生的氣體的排放以及城市生活污水的淤積和排放。如何準確而快速的測定出某一區(qū)域的空氣中的硫化氫質(zhì)量濃度并采取有效的措施已成為當務(wù)之急。
對硫化氫的測定有碘量法和亞甲基藍法，還有醋酸鉛反應(yīng)速率法、氣相色譜法、檢測管比長法等。碘量法是經(jīng)典的化學(xué)分析方法，采用不同的取樣量，可檢測低至1mg·m-3（氣體體積計量的標準比條件為101.325kPa，20℃），高至100%的硫化氫。亞甲基藍法適用范圍較小，為0～25mg·m-3，此方法對硫化氫質(zhì)量濃度較穩(wěn)定的凈化天然氣較為適合。氣相色譜法主要是對檢測器、標準氣和取樣技術(shù)有較高的要求，火焰光度檢測器FPD主要用于mg·m-3數(shù)量級的硫化氫及其它硫化物，熱導(dǎo)檢測器TCD可用于硫化氫體積分數(shù)約大于0.05%的樣品[1]。這些測定方法，都有一個缺點：就是使用設(shè)備價格高，體積龐大，需要能源，很多時候不能實地進行測定，都需要先主動采樣后（即帶動力如泵等的采樣）再回實驗室進行分析，延長了分析時間，增大了分析的誤差，尤其對于穩(wěn)定性不高的氣體。
選擇硫化氫被動式檢測管法，因為其結(jié)構(gòu)簡單，攜帶及操作方便，分析快速，不受被測環(huán)境的空間大小、有無電源等的影響；其次，這種檢測方法價格低廉，利于外出測定和大面積布點測定。這方面國內(nèi)少見報道。
1實驗部分
1.1儀器與試劑
5mm×5mm×70mm海綿條。
特效顯色劑制成的浸漬液（緩沖液G和醋酸鉛）。
檢氣管：將海綿條用浸漬液浸泡后，裝填于長50mm，管內(nèi)徑4mm的玻璃管中管兩端加上蓋了將其密封。保存于陰暗處待用。
1.2檢氣管的校準
將檢氣管去掉密封后，吊于不同硫化氫氣體標準質(zhì)量濃度的玻璃瓶中，在一定時間（T）內(nèi)量出檢氣管顯色長度（L）以L2與（ρot）經(jīng)回歸后作標準曲線或制成質(zhì)量濃度標尺。
2結(jié)果與討論
2.1變色長度與質(zhì)量濃度及時間的關(guān)系
（1）利用分子擴散定律[2,3]，硫化氫氣體進入檢氣管的量可以表示為：
(ρ0=0)
式中：M為進入管內(nèi)的硫化氫量；A為擴散面積；D為擴散系數(shù)；L為顯色長度；ρ為環(huán)境中硫化氫質(zhì)量濃度；t為暴露時間。
由于初始值都為0，經(jīng)積分可得
?。?）
?。?）檢氣管內(nèi)變色部分的顯色劑消耗量為：
（2）
式中：M′為變色部分顯色劑消耗量；K為單位體積擔體上顯色劑量。
（3）變色長度與濃度、時間的關(guān)系：
M=koM′（3）
結(jié)合以上（1）、（2）、（3）三式可得
簡化可得或（K′為常數(shù)），
因而只要測出檢氣管在t時間內(nèi)的顯色長度L，依上述關(guān)系，可求得硫化氫氣體的質(zhì)量濃度。經(jīng)多次實驗證明，檢氣管顯色長度的平方與硫化氫質(zhì)量濃度及采樣時間的乘積在50～1500mg·m-3范圍內(nèi)成線性關(guān)系。
2.2載體的選擇
將硅膠和海綿條分別做載體，裝管使用，結(jié)果裝有海綿條的能夠顯色，并且顯色長度良好，邊界清楚；而裝有硅膠的無論在什么質(zhì)量濃度下的H2S中都是顯色長度很短，邊界也時常出現(xiàn)不清的情況，所以，本實驗選取海綿條作載體。
2.3裝管方法的確定和選擇
選擇：干法裝管，紅外燈（燈泡距離液面8cm）烘60min，方法靈敏，邊界清晰。
具體見表1所示。
表1裝管方法的選擇實驗
Table1Testsforpreparetube
顯色效果邊界
濕法裝管不烘干濕差無
干法裝管
紅外燈(燈泡距離液面8cm)烘30min半干明顯很不清晰
烘60min近干明顯,靈敏清晰
烘100min過干明顯很不清晰
2.4海綿條的浸泡時間的選擇
將5支不同時間浸泡制成的檢氣管分別放入同質(zhì)量濃度的硫化氫中實驗，發(fā)現(xiàn)浸泡1～2h的效果較好。
2.5選擇管徑
選取內(nèi)徑分別為5.0mm,4.5mm,4.0mm,3.5mm的玻璃管（長度均為5cm）裝管，結(jié)果表明，不同管徑對顯色效果影響很小。
2.6溫度、濕度和風(fēng)速的影響
環(huán)境條件對氣體擴散有一定的影響，在室內(nèi)條件下，溫度為16~35℃，相對濕度為18%~80%，實驗表明，溫度、濕度和風(fēng)速對檢氣管的測量無明顯影響[3]。
2.7干擾初步研究
顯色劑長時間敞開在空氣中會吸收二氧化碳氣體，生成固體粉末，阻礙硫化氫氣體的擴散。初步解決辦法是檢氣管制成之后，盡快密封保存；并且顯色劑與硫化氫氣體的顯色反應(yīng)速率遠遠大于顯色劑吸收二氧化碳氣體的速率，所以二氧化碳氣體的干擾較小。
二氧化硫氣體產(chǎn)生正干擾。二氧化硫質(zhì)量濃度低于57mg·m-3時，對檢氣管不產(chǎn)生干擾。當二氧化硫質(zhì)量濃度高于57mg·m-3時，硫化氫實際讀數(shù)略有增高。二氧化硫單獨存在時，檢氣管沒有顯色反應(yīng)[4]。
2.8放置時間的影響
將檢氣管在密封的條件下，可保存60d以上。
3應(yīng)用
分別抽取20mL廣州石油化工廠提供的硫化氫氣體樣品（廣州石油化工廠測定值是1.51%，即氣體質(zhì)量濃度是895.3mg·m-3）注入三個瓶中，擴散1小時，每個瓶子內(nèi)都吊有檢氣管進行測定，查L2-(ρot)圖得對應(yīng)質(zhì)量濃度（表2）。
表2樣品實驗
Table2Sampletests
顯色長度L/mm2.352.202.552.502.552.55
時間t/h0.07110.06830.07530.07000.07750.0756
L2/mm25.5234.8406.5036.2506.5036.503
ρ/(mg·m-3)798.5758.6848.6886.6824.5845.2
相對誤差/%－10.8－15.3－5.2－1.0－7.9－5.6
變異系數(shù)/%（平均值）5.4
4結(jié)論
本文研制的檢氣管長度為50mm，內(nèi)徑為4mm，將特效顯色劑（緩沖液G和醋酸鉛）涂漬于海綿條上，形成一顯色體系。測定時，在H2S中檢氣管兩端同時顯黑色，顯色長度的平方（L2）與質(zhì)量濃度和時間的乘積（ρot）在50~1500mg/m3內(nèi)呈線性關(guān)系。此檢測管的顯色體系較穩(wěn)定，成本低。它適用于各種燒煤或耗汽油的工廠、車間中有毒氣體H2S的定性和定量的測定，而且可以大面積布點測定，如石油井周圍環(huán)境H2S含量的測定，確定是否需疏散人群，以確保人民的生命安全。一般情況下，溫度、濕度和風(fēng)速等對測定無明顯影響，且該檢氣管有一定的抗干擾能力。在密封下檢氣管可保存較長時間。
